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研究生:游智勝
研究生(外文):Yu,Chih-Sheng
論文名稱:氧化鋅材料特性之研究
指導教授:王哲釧
學位類別:碩士
校院名稱:國防大學理工學院
系所名稱:材料科學碩士班
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
中文關鍵詞:電容耗散因子電導退火溫度活化能
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本研究中,將氧化鋅錠樣品利用以不同退火溫度作為實驗參數,並在溫度90K ~ 400 K及改變外加電場頻率從1K Hz ~ 1M Hz 下,對氧化鋅電容 Cp 及耗散因子 D 的量測,觀察介電特性可以提供許多材料晶體的資訊,如缺陷的特性,活化能的變化及電導的性質。經由三種不同方法計算經退火溫度500 ℃、600 ℃及700 ℃處理後之氧化鋅錠樣品,其活化能分別為 0.175、0.170及0.253 eV。此外,我們也探討了氧化鋅材料其載子的傳輸機制,藉由實驗數據的分析我們相信氧化鋅錠樣品可用 Overlapping-large-polaron tunneling (OLPT) 模型來解釋,而氧化鋅摻鋁薄膜可用Correlated-barrier-hopping (CBH)來解釋。進一步透過 XRD 驗證氧化鋅錠樣品因退火後其晶體結構因結晶性較好,導致強度變強,利用 SEM 了解樣品之表面形貌,得知樣品受到熱處理溫度的變化,使表面的晶粒有成長變大的趨勢,且利用 PL 了解樣品的缺陷構造,我們發現氧化鋅錠樣品經 700℃ 退火處理後因氧空缺的缺陷存在,使其於 410 nm ~ 700 nm 波段間有明顯的綠光波段的波峰出現。
目錄

誌謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
1.緒論 1
1.1研究動機 1
1.2研究目的與方法 1
2. 基礎理論與文獻回顧 2
2.1氧化鋅材料結構與物理性質 2
2.2陶瓷電容器之定義與性質 3
2.2.1電容器的分類 3
2.2.2電容量 3
2.2.3電容器之容抗與外加交流電場頻率之關係 4
2.2.4工作電壓 6
2.2.5工作溫度 6
2.2.6絕緣電阻 6
2.3介電原理 6
2.3.1介電損失 8
2.3.2電容介電常數與頻率關係 8
2.4 導電原理 9
2.5 電路與阻抗分析 13
2.6 理論模型 15
2.7 Correlated-barrier-hopping (CBH) Model 15
2.8 Overlapping-large-polaron tunneling (OLPT) Model 16
3. 實驗流程、實驗設備及測量設備之介紹 18
3.1實驗流程 18
3.1.1氧化鋅錠製備 18
3.1.2測量儀器之校正 18
3.2實驗藥品與設備介紹 19
3.2.1藥品名稱 19
3.2.2製程設備介紹 19
3.3測量設備介紹 21
3.3.1 Agilent 4284A LCR Meter (電感、電容、電阻量測儀) 21
3.3.2 OXFORD ITC4 (溫度控制器) 23
3.3.3杜瓦瓶 23
3.3.4 量測電容及耗散因子的條件 23
3.3.5 X-Ray繞射量測 (XRD) 26
3.3.6掃瞄式電子顯微鏡 (SEM) 27
3.3.7光激發螢光光譜 (PL) 28
4.結果與討論 30
4.1氧化鋅錠樣品於定頻變溫時所得之量測結果與討論 30
4.1.1耗散因子與活化能之討論 33
4.1.2電容值與活化能之討論 35
4.2氧化鋅錠樣品於定溫變頻時所得之量測結果與討論 38
4.2.1載子電導之討論 38
4.2.2 電導對活化能討論 41
4.2.3 阻抗分析與色散現象之探討 43
4.3氧化鋅錠樣品傳導特性與模型之討論 45
4.4其他相關儀器之分析:XRD、PL及SEM 51
4.5氧化鋅摻鋁薄膜樣品製作 56
4.6氧化鋅摻鋁薄膜樣品之測量 56
4.6.1氧化鋅摻鋁薄膜樣品於定頻變溫之活化能討論 56
4.6.2氧化鋅摻鋁薄膜樣品於定溫變頻之載子傳輸機制的討論 58
5.結論 62
參考文獻 63
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